基于高旋光聚炔与半导体量子片叠层自组装红外微波兼容材料的辐射性能及调控机制研究

Infrared and microwave compatible materials have a wide range of applications such as electromagnetic protection, novel stealth technology, energy conservation, etc. According to the international development of laminated functional electromagnetic materials, orderly laminated material system by using highly optically active polyacetylene (OPA) and semiconductor quantum disks (QDs) will be established in this research. Two-dimensional QDs will be fabricated by element doping, morphology control, surface defects modification and etc and be used in self-assembling as host to realize outstanding molecular-control, excellent stability and repeatability. The OPA will be molecularly designed by tuning the hydrophilcity/hydrophobicity, charge properties, and helical polymerization. The special chiral recognition, charge interaction, helical conformation change and hydrogen bonding are applied to enhance the quantum interfacial interaction and the electromagnetic coupling constitutive relation of the quantum chiral interface will be established. Tuning each chiral parameter of the macromolecule, charge.dispersion and optimization of laminated assembling environment will be utilized to control the polarization and dissipation of electromagnetic wave. We will analysis synergistic wave-absorbing effect of photoelectric conversion, chirality, quantum scattering and laminated structure of the materials under multicomponent, multi-structure, and multilevel, effectively match the laminated structural.parameter to tune the ability of infrared and microwave absorbing compatibility, and grasp their multi-functional adjustment mechanism. Moreover, the mechanism of absorption properties, frequency shift, and broaden of absorption edge of electromagnetic wave in laminated medium media will be acquired.

红外微波兼容材料在电磁防护、新型隐身技术、节能保温等领域均有广泛和重要的应用。本项目拟构筑有序高旋光聚炔与新型半导体量子片组装的红外微波兼容叠层结构材料体系。通过表面功能修饰、元素掺杂、形貌控制等可控制备半导体量子片，利用配位螺旋聚合诱导单体顺式定向排列，提高聚合物分子高级结构的取向性，从分子角度调控旋光聚炔分子的螺旋聚合过程、亲疏特性、手性参数及电荷分布特性，得到具有优异力学性能的高旋光聚炔分子。利用特异手征识别和电荷作用、螺旋构象变化、氢键等方式增强量子界面效应，建立量子尺度下手性界面的电磁耦合本构关系，优化自组装过程，建立组装参数-性能的匹配模型，实现量子片-聚炔多层可控叠层自组装，通过优化叠层组装环境，匹配叠层结构参数，调控电磁波偏振、耗散性能，获得宽频条件下的电磁散射、损耗、吸收过程的多功能调节机制，满足材料的红外微波兼容，明确电磁波在叠层结构中吸收限频移和兼容吸波作用机理。

红外微波兼容材料在军事隐身、电磁防护、节能保温等军用、民用领域有着十分重要的应用价值。本项目主要通过金属铑催化剂的配位催化聚合制备了基于手性单体具有光学活性螺旋结构的聚炔材料，并将螺旋聚炔与量子点等无机材料进行复合、组装，制备了系列有机-无机纳米复合材料。探索了旋光聚合物结构和链间或链内氢键作用与其红外辐射特性的内在构效关系，考察了量子点等无机组分与聚炔的界面作用和组分间的协同作用对红外辐射性能的影响机制。利用微波反应法、原位自组装、溶剂热自组装、冷冻干燥等技术主要制备了具有优异吸波性能的氮化硼量子点及其复合材料、Ti3C2Tx MXenes及其复合材料、MOF及其复合材料、纤维素基复合材料，探究了材料微观结构和不同组分间的协同作用对电磁参数、吸波性能和调控机制的影响，对聚炔量子点复合材料的红外兼容微波性能进行了考察，研究了其作用机理。.研究结果表明：螺旋聚炔链间或链内的氢键作用能降低不饱和基团的缺氢程度，可减少不饱和键的振动，从而改变分子的热传导模式，同时，螺旋聚炔规整的共轭主链使螺旋构象更为有序，提高了聚合物的导电性，相互协同作用降低了红外发射率，同时有机/无机纳米复合材料中的界面作用、电子转移和螺旋聚炔的光学活性共同作用有效降低了红外发射率。CdSe量子点、氮化硼量子点等复合材料中量子点的高电子迁移率、优异的量子效应和协同效应也赋予了材料较低红外发射率和优异的微波吸收性能。Ti3C2Tx MXenes基复合材料良好的阻抗匹配、独特的叠层结构、特殊的三维导电网络产生的导电损耗、丰富异质界面产生的介电损耗以及组分间的协同效应有效提高了材料吸波性能。MOF及其复合材料存在极化损耗、电导损耗、磁损耗和特殊的中空结构所产生的多次反射和散射损耗等多种因素的协同效应，有效衰减了电磁波。本项目研究工作为实现轻质、宽频和红外微波兼容隐身材料的制备和应用提供了技术基础和理论指导，在军用和民用上均有具有潜在的应用价值。